(57)【要約】【課題】  低周波電源トランスを備えた電源装置の軽負荷時に、負荷の変動に伴って二次側の電圧が変動するのを抑制できる電源リミッタ回路を提供する。【解決手段】  低周波電源トランス４を備えた電源装置２の二次側のブリッジダイオード５と電解コンデンサ６との間に、ブリッジダイオード５と電解コンデンサ６との接続を入切する開閉素子（ＦＥＴ）１１と、開閉素子１１を制御する制御回路１３を含む電源リミッタ回路１を設ける。電源リミッタ回路１は、負荷が軽く負荷１０の駆動に必要な電流が少ない軽負荷時には、ＦＥＴ１１をオンオフ動作させて負荷電圧を一定に制御し、負荷が重く負荷１０の駆動に必要な電流が多く必要な重負荷時には、負荷電圧に制限を加えずに、負荷電流に比例して負荷電圧が低下する低周波電源トランス４の特性を生かして負荷１０に電力を供給する。故に、軽負荷時には負荷電圧が一定なので、使用部品のコストや設置スペースを抑制できる。【選択図】  図１
2006101683.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
低周波電源トランスの二次巻線に誘起した交流電圧を整流・平滑化する整流素子と平滑コンデンサとの間に挿入された開閉素子と、
前記平滑コンデンサから負荷へ印加する負荷電圧を監視し、この負荷電圧が閾値電圧以上のときには前記開閉素子を開き、閾値電圧未満のときには前記開閉素子を閉じる制御回路と、
を備えたことを特徴とする電源リミッタ回路。
【請求項２】
低周波電源トランスの二次巻線に誘起した交流電圧を整流・平滑化する整流素子と平滑コンデンサとの間に挿入された開閉素子と、
前記平滑コンデンサから負荷へ印加する負荷電圧を監視し、この負荷電圧が第１閾値電圧以上で前記開閉素子を開き、前記第１閾値電圧より小さい第２閾値電圧以下で前記開閉素子を閉じる制御回路と、
を備えたことを特徴とする電源リミッタ回路。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、低周波電源トランスを備えた電源装置において、特に軽負荷時に負荷電流の変動に伴って負荷電圧が変動するのを抑制する電源リミッタ回路に関する。
【背景技術】
【０００２】
オーディオアンプ用の電源装置には、従来、低周波電源トランスを備えた電源装置を採用したものがあった（例えば、特許文献１参照。）。
【特許文献１】特開平７−２７４３８８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
オーディオアンプの電源装置として低周波電源トランスを備えた電源装置を使用する場合には、従来、以下のような問題があった。図７は、低周波電源トランスを備えた電源装置をオーディオアンプに適用した場合の負荷電流と負荷電圧との関係を示すグラフである。
【０００４】
図７に示すように、電源装置に低周波電源トランスを使用したオーディオアンプでは、アンプの出力を大きくしていくと負荷が重くなり、つまり、負荷電流が増加し、それに伴って低周波電源トランスの二次側電圧（負荷電圧）が低下していくのが一般的である。また、負荷電圧の低下を抑制するためには、サイズの大きな低周波電源トランスを使用する必要がある。さらに、オーディオアンプの電源装置に使用する低周波電源トランスは１個当たりの体積が大きいので、サラウンド音声を再生可能なマルチチャンネルのオーディオアンプ用の電源として低周波電源トランスを使用すると、設計上の制約が多くなるという問題があった。一方、設計上の制約を解消するために低周波電源トランスのサイズが小型のものを使用した場合や、部品コストを抑えるために低価格の低周波電源トランスを使用した場合には、ロードレギュレーションが悪化するので、コンデンサの耐圧をより大きくする必要があった。また、図７に示すように、負荷が軽いほど（負荷電流が少ないほど）負荷電圧が高くなるため、使用部品も最大定格電圧の高いものを使用しないと、使用部品が破損するおそれがあった。さらに、低周波電源トランスは非安定電源であり、ラインレギュレーション及びロードレギュレーションの影響を受けるため、低周波電源トランスの二次側に設ける大容量コンデンサの耐圧をより大きくする必要があり、コンデンサのサイズも大きくなってしまい、設計上の制約が多くなるという問題があった。
【０００５】
また、オーディオアンプの電源装置として低周波電源トランスを備えた電源装置を使用する場合には、二次側にドロッパ方式の安定化電源を追加すると、負荷電圧は安定化されるが、負荷が重くなったときの安定化電源素子の発熱が大きくなるため、放熱対策が必要であった。
【０００６】
そこで、本発明は、低周波電源トランスを備えた電源装置の軽負荷時に、負荷の変動に伴って二次側の電圧が変動するのを抑制できる電源リミッタ回路を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
この発明は、上記の課題を解決するための手段として、以下の構成を備えている。
【０００８】
（１）低周波電源トランスの二次巻線に誘起した交流電圧を整流・平滑化する整流素子と平滑コンデンサとの間に挿入された開閉素子と、
前記平滑コンデンサから負荷へ印加する負荷電圧を監視し、この負荷電圧が閾値電圧以上のときには前記開閉素子を開き、閾値電圧未満のときには前記開閉素子を閉じる制御回路と、
を備えたことを特徴とする。
【０００９】
電源装置では、負荷が重くなって多くの負荷電流を負荷が必要とする場合には負荷電圧は低くなる。一方、負荷が軽くなって少ない負荷電流で良い場合には負荷電圧が高くなる。この構成においては、制御回路で負荷電圧を監視して、負荷へ印加する負荷電圧が閾値電圧以上のときには開閉素子を開き、閾値電圧未満のときには開閉素子を閉じる。そのため、ロードレギュレーションがあまり良くない安価で小型の低周波電源トランスを使用した電源装置であっても、本発明の電源リミッタ回路を適用することで、軽負荷時において負荷へ印加する電圧が閾値電圧以上になることがない。また、負荷へ印加する電圧が閾値電圧未満のときには、負荷電流に比例して負荷電圧が低下させて、低周波電源トランスの特性を生かすことができる。したがって、本発明の電源リミッタ回路を、低周波電源トランスを備えた電源装置に適用することで、軽負荷時において負荷電圧を一定電圧にすることができ、負荷に使用する部品の耐圧が必要以上に高いものを使用しなくても良くなり、使用部品のコストを低減でき、また、部品を設置するためのスペースを抑制できる。
【００１０】
（２）低周波電源トランスの二次巻線に誘起した交流電圧を整流・平滑化する整流素子と平滑コンデンサとの間に挿入された開閉素子と、
前記平滑コンデンサから負荷へ印加する負荷電圧を監視し、この負荷電圧が第１閾値電圧以上で前記開閉素子を開き、前記第１閾値電圧より小さい第２閾値電圧以下で前記開閉素子を閉じる制御回路と、
を備えたことを特徴とする。
【００１１】
この構成においては、スイッチング電源の開閉素子のようにオンオフ動作を高速で繰り返し行うのではなく、負荷電圧が第１閾値電圧になると第２閾値電圧になるまでは開閉素子がオフ状態なので、特に軽負荷時にはオンオフ動作の回数を少なくすることができ、開閉素子のスイッチング損失による発熱を抑制できる。また、ノイズなどにより負荷電圧が変動しても、その変動が第１閾値電圧〜第２閾値電圧の範囲内であれば開閉素子がオンオフ動作することがなく、軽負荷時には負荷電圧を第１閾値電圧〜第２閾値電圧の範囲内で安定させることができる。また、（１）と同様の効果を得ることができる。
【発明の効果】
【００１２】
本発明の電源リミッタ回路は、制御回路で負荷電圧を検出し、負荷電圧が閾値以上のときには負荷電圧が一定電圧になるように、整流用のダイオードと平滑用のコンデンサとの間を開閉素子で開閉するので、負荷が軽い範囲では負荷電圧が一定になり、負荷電圧が閾値未満になると負荷電流に比例して負荷電圧が低下するように設定できる。また、軽負荷時において一定電圧値は、制御回路の設定により自由に変更できるので、電源リミッタ回路を適用する電源装置の低周波電源トランスの特性と負荷に必要な電圧に応じて、負荷電圧の設定を任意の値に設定することができる。
【００１３】
また、本発明の電源リミッタ回路により、軽負荷時において負荷が軽くなるのに連れて負荷電圧が増大することがなく、負荷電圧を一定電圧にすることができるので、負荷に使用する部品の耐圧が必要以上に高いものを使用しなくても良いので、使用部品のコストを低減でき、また、部品を設置するためのスペースを抑制できる。
【００１４】
さらに、負荷電圧が第１閾値電圧になると第２閾値電圧になるまでは開閉素子がオフ状態となるように構成することで、特に軽負荷時にはオンオフ動作の回数を少なくすることができ、開閉素子のスイッチング損失による発熱を抑制できる。また、ノイズなどにより負荷電圧が変動しても、その変動が第１閾値電圧〜第２閾値電圧の範囲内であれば開閉素子がオンオフ動作することがなく、軽負荷時には負荷電圧を第１閾値電圧〜第２閾値電圧の範囲内で安定させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、本発明の電源リミッタ回路の実施形態について詳細を説明する。図１は、本発明の実施形態に係る電源リミッタ回路の構成を示す回路図である。以下の説明では、負荷としてフィードバックタイプのディジタルオーディオアンプが負荷である低周波電源トランスを備えた電源装置に、本発明の電源リミッタ回路を適用した場合について説明する。
【００１６】
電源装置２は、低周波電源トランス４、ブリッジダイオード５、及び電解コンデンサ６を備えており、ブリッジダイオード５と電解コンデンサ６との間に電源リミッタ回路１が設けられている。
【００１７】
低周波電源トランス４の一次巻線Ｎｐは、商用交流電源３に接続されており、二次巻線Ｎｓは、ブリッジダイオード５の入力側に接続されている。低周波電源トランス４は、商用交流電源３から供給される交流電圧を変圧してブリッジダイオード５に印加する。
【００１８】
ブリッジダイオード５は、出力側が電源リミッタ回路１に接続されており、低周波電源トランス４の二次巻線Ｎｓに誘起した電圧を整流して出力する。
【００１９】
電解コンデンサ６は、ブリッジダイオード５で整流された電圧を平滑化して、負荷１０へ供給する。電解コンデンサ６には、例えば４７００μＦや６８００μＦなどの大容量のものが好適である。
【００２０】
電源リミッタ回路１は、上記のようにブリッジダイオード５と電解コンデンサ６との間に設けられており、開閉素子であるＰチャンネルＭＯＳ  ＦＥＴ（以下、ＦＥＴと称する。）１１、抵抗１２、及び制御回路１３を備えている。
【００２１】
制御回路１３は、例えば図２に示すように構成すると良い。図２は、電源リミッタ回路の制御回路の構成を示す回路図である。制御回路１３は、直列接続した抵抗２１・抵抗２２と、直列接続した抵抗２４・抵抗２５・シャントレギュレータ２６、及び直列接続した抵抗２７・ＰＮＰ型トランジスタ２８・抵抗２９を備えており、それぞれ電解コンデンサ６に対して並列に接続されている。また、シャントレギュレータ２６のリファレンスが抵抗２１・抵抗２２の間に接続され、ＰＮＰ型トランジスタ２８のベースが抵抗２４・２５の間に接続され、ＦＥＴ１１のゲートがＰＮＰ型トランジスタ２８のコレクタに接続されている。このように構成することで、以下に説明するように、制御回路１３を動作させることができる。
【００２２】
次に、電源リミッタ回路１の動作について説明する。図３は、本発明の電源リミッタ回路を備えた電源装置の負荷電流と負荷電圧との関係を示すグラフである。本発明の電源リミッタ回路１は、負荷が軽く負荷１０の駆動に必要な電流（負荷電流）が少ない軽負荷時においては、負荷電圧を一定電圧に制御する。一方、本発明の電源リミッタ回路１は、負荷が重くなり負荷１０の駆動に必要な電流（負荷電流）が多く必要な重負荷時には、負荷電圧に制限を加えずに、負荷電流に比例して負荷電圧が低下する低周波電源トランス４の特性を生かして負荷１０に電力を供給する。
【００２３】
電源リミッタ回路１は、具体的には以下のように動作する。制御回路１３は、負荷１０に印加する負荷電圧Ｖ１を抵抗２１・抵抗２２、及びシャントレギュレータ２６により常に監視しており、予め設定した閾値電圧Ｖ３よりも負荷電圧Ｖ１が大きい場合には、ＦＥＴ１１がオフしてブリッジダイオード５と電解コンデンサ６の間の電路を開放するように制御信号Ｖ２を出力する。また、制御回路１３は、予め設定した閾値電圧Ｖ３よりも負荷電圧Ｖ１が小さい場合には、ＦＥＴ１１がオンしてブリッジダイオード５と電解コンデンサ６の間の電路を閉じるように制御信号Ｖ２を出力する。
【００２４】
なお、閾値電圧Ｖ３は、抵抗２１・抵抗２２の抵抗値を変更することで、所望の値に設定することができる。
【００２５】
電源装置２においてＦＥＴ１１がオンしている状態（閉状態）では、ブリッジダイオード５と電解コンデンサ６が直結されるので、低周波電源トランス４の二次巻線Ｎｓに誘起して整流された電圧が、電解コンデンサ６で平滑化されて負荷１０に印加される。一方、電源装置２においてＦＥＴ１１がオフしている状態（開状態）では、ブリッジダイオード５と電解コンデンサ６の接続が切断されるので、低周波電源トランス４の二次巻線Ｎｓに誘起して整流された電圧は、電解コンデンサ６及び負荷１０に供給されなくなる。したがって、従来の電源装置のように電源リミッタ回路１を設けていない場合には、図３に点線で示すように、軽負荷時において、負荷が軽くなるのに比例して負荷電圧が増加していた。しかし、低周波電源トランス４を備えた電源装置２に電源リミッタ回路１を設けることで、図３に実線で示すように、負荷が重くなり負荷１０の駆動に必要な電流が増加して、負荷電圧が常に閾値電圧Ｖ３以下になるまでは、負荷電圧を一定電圧に保つことができる。また、負荷電圧が常に閾値電圧Ｖ３以下になると、低周波電源トランス４の特性を生かして、負荷電流の増加に比例して負荷電圧が低下させることができる。
【００２６】
したがって、ロードレギュレーションがあまり良くない安価で小型の低周波電源トランスを使用した電源装置であっても、本発明の電源リミッタ回路を適用することで、軽負荷時において負荷電圧を一定電圧に制御することができる。これにより、低周波電源トランス４のサイズを小型化でき、電解コンデンサ６の耐圧を従来よりも小さくすることができる。
【００２７】
図４は、図１とは異なる構成の電源リミッタ回路の回路図である。なお、上記の説明では、電源リミッタ回路１の開閉素子としてＰチャンネルＭＯＳ  ＦＥＴ１１をホット側に設けた構成について説明したが、これに限るものではなく他の構成であっても良い。例えば、図４に示すように、開閉素子としてＮチャンネルＭＯＳ  ＦＥＴ１４をグランド側に設けた構成であっても良い。このような構成であっても、図１に示した電源装置２と同様に動作するように設定することができる。
【００２８】
次に、本発明の別の実施形態について説明する。図５は、ブリッジダイオードの出力電圧、負荷電流、及び負荷電圧の関係を示すグラフである。上記の説明では、負荷電圧Ｖ１と閾値電圧Ｖ３を基準としてＦＥＴ１１をオンオフ動作させる構成であったが、負荷に供給する電圧に多少リップルが重畳しても問題とならない場合には、負荷電圧に対して上限値と下限値の２つの閾値電圧を設けて、ＦＥＴ１１をオンオフ動作させるように構成すると良い。
【００２９】
例えば、オーディオアンプは、通例ＳＶＲＲ（同相電圧除去比）が高いので、オーディオアンプ用電源の出力にリップルが含まれていても限度内であれば問題にはならない。特にフィードバックタイプのディジタルオーディオアンプの場合には、オーディオアンプ用電源の出力にリップルが含まれていてもほとんど問題ない。したがって、本発明の電源リミッタ回路は、オーディオアンプ用の電源に用いるのが好適である。
【００３０】
電源リミッタ回路１では、制御回路１３で電解コンデンサ６から負荷１０へ供給する負荷電圧を監視し、この負荷電圧が、負荷電圧が第２閾値電圧Ｖｂ以下になるとＦＥＴ１１をオンさせて、電解コンデンサ６が充電されて負荷電圧が第１閾値電圧Ｖａ（＞第２閾値電圧Ｖｂ）になるとＦＥＴ１１をオフさせる。これにより、図５（Ａ）に示すように、軽負荷時には負荷電圧の低下が緩やかなので、半周期当たり１回だけＦＥＴ１１を短時間オンさせれば良く、スイッチング損失によるＦＥＴ１１の発熱を防止できる。また、第１閾値電圧Ｖａ及び第２閾値電圧Ｖｂを適切に設定することで、負荷がある程度重くなった場合でも、図５（Ｂ）に示すように、半周期当たり数回ＦＥＴ１１を短時間オンさせれば良く、ＦＥＴ１１の発熱を抑制できる。
【００３１】
また、電源リミッタ回路１は、負荷電圧が第２閾値電圧Ｖｂ以下になるとＦＥＴ１１をオンさせるので、負荷が重くなり負荷１０の駆動に必要な電流が増加して、負荷電圧が常に第２閾値電圧Ｖｂ以下になるまでは、負荷電圧を一定電圧に保つことができる。また、負荷電圧が常に第２閾値電圧Ｖｂ以下になると、低周波電源トランス４の特性を生かして、負荷電流の増加に比例して負荷電圧が低下させることができる。
【００３２】
また、ノイズなどにより負荷電圧が変動しても、その変動が第１閾値電圧〜第２閾値電圧の範囲内であれば開閉素子がオンオフ動作することがなく、軽負荷時には負荷電圧を第１閾値電圧〜第２閾値電圧の範囲内で安定させることができる。
【００３３】
図６は、図２とは異なる構成の制御回路の回路図である。上記のように、２つの閾値電圧により開閉素子であるＦＥＴ１１を制御する場合には、図６に示すように、抵抗２１・抵抗２２の間と、ＰＮＰ型トランジスタ２８のコレクタと、の間に高抵抗３０を設けると良い。この高抵抗３０の抵抗値を適切な値に設定することで、第１閾値電圧Ｖａ及び第２閾値電圧Ｖｂを適切な値に設定することができる。
【００３４】
以上のように、本発明の電源リミッタ回路は、制御回路で負荷電圧を検出し、負荷電圧が閾値以上のときには負荷電圧が一定電圧になるように、整流用のダイオードと平滑用のコンデンサとの間を開閉素子で開閉するので、負荷が軽い範囲では負荷電圧が一定になり、負荷電圧が閾値未満になると負荷電流に比例して負荷電圧が低下するように設定できる。また、軽負荷時において一定電圧値は、制御回路の設定により自由に変更できるので、電源リミッタ回路を適用する電源装置の低周波電源トランスの特性と負荷に必要な電圧に応じて、負荷電圧の設定を任意の値に設定することができる。
【００３５】
また、本発明の電源リミッタ回路により、軽負荷時において負荷が軽くなるのに連れて負荷電圧が増大することがなく、負荷電圧を一定電圧にすることができるので、負荷に使用する部品の耐圧が必要以上に高いものを使用しなくても良いので、ロードレギュレーションがあまり良くない低価格の低周波電源トランスや小型の低周波電源トランスを使用することが可能となり、使用部品のコストを低減でき、また、部品を設置するためのスペースを抑制できる。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】本発明の実施形態に係る電源リミッタ回路の構成を示す回路図である。
【図２】電源リミッタ回路の制御回路の構成を示す回路図である。
【図３】本発明の電源リミッタ回路を備えた電源装置の負荷電流と負荷電圧との関係を示すグラフである。
【図４】図１とは異なる構成の電源リミッタ回路の回路図である。
【図５】ブリッジダイオードの出力電圧、負荷電流、及び負荷電圧の関係を示すグラフである。
【図６】図２とは異なる構成の制御回路の回路図である。
【図７】低周波電源トランスを備えた電源装置をオーディオアンプに適用した場合の負荷電流と負荷電圧との関係を示すグラフである。
【符号の説明】
【００３７】
１−電源リミッタ回路    ２−電源装置    ３−商用交流電源
４−低周波電源トランス    ５−ブリッジダイオード    ６−電解コンデンサ
１０−負荷    １１・１４−開閉素子（ＦＥＴ）
１２・２１・２２・２４・２５・２７・２９−抵抗
１３−制御回路    ２６−シャントレギュレータ
２８−ＰＮＰ型トランジスタ    ３０−高抵抗
【図１】
2006101683.tif 000003
【図２】
2006101683.tif 000004
【図３】
2006101683.tif 000005
【図４】
2006101683.tif 000006
【図５】
2006101683.tif 000007
【図６】
2006101683.tif 000008
【図７】
2006101683.tif 000009